跟着星系深呼吸

王青春

读本文前，你对星系的认识：有旋臂，螺旋状，很多恒星、行星;读本文后，你对星系的认识：“我藏你找”游戏策划师，宇宙呼吸法创始人，超大型喷泉景观设计师，宇宙反对加班协会荣誉会员

别躲了，星际介质

“我藏你找”游戏任务：请跟随游戏助手星侦探，找出藏匿在星系里的神秘物质。

提示一：星系这么大，你想去看看，但只能看看。

动辄（zh9）以光年为单位的天体距离对人类来说太过遥远，想知道星系中除了天体还有什么，我们可以通过一种特殊的“影子”—光谱，来进行一场反向推理。不同的光线有着不同的光谱，如果恒星的周围空无一物，光会畅通无阻地来到地球，形成连续的光谱。但天文学家发现事实并非如此，原本应当连续的光谱上出现了一些细缝，并且这些细缝的位置还会发生变化。这说明恒星周围有东西挡住了光，并且它还在不停地运动着。

提示二：不会还原现场的侦探不是合格的天文学家。

天文学家通过计算机搭建模型，模拟出恒星周围的环境，然后将模拟环境中产生的光谱与实际天文观测到的光谱进行比较。通过不断调整模拟环境中的物质组成、运动方式等参数，天文学家找出了能产生相同光谱的“配方”，即星系的真实成分。

星系中除了有恒星、行星等天体之外，还有大量的星际介质，如气体、尘埃，以及看不见的暗物质。星系中的气体以氢和氦为主，伴有少量的重元素（碳、氮、氧、硅、铁等），它们是恒星形成的原料。

做个元气星系

“学会深呼吸，轻松有元气！”这是星系创造的宇宙呼吸法口号。星系的一生太过漫长，为了保持活力，星系中的气体并不是静止不动的，新的气体不断被吸入，老的气体有时也会被排出，就像在“呼吸”。

如果星系可以一直从四周或邻近星系吸入可用的气体，就会有源源不断的新鲜氢气来参与恒星形成。这样的星系被称作“恒星形成星系”，也是我们通常意义上认为的“活着”的星系;与此相对的是“宁静星系”，它们无法得到足够多的气体补给，恒星形成率极低，星系就此陷入沉寂，失去“生命力”。

带你看星系喷泉

星系“呼出”的气体去哪儿了？它真的离开星系了吗？以银河系为例，如果某一物体想要脱离银河系的引力束缚，它必须以至少550千米每秒的速度运动，这个速度又被称为银河系的“逃逸速度”。绝大部分气体是无法逃离星系自身引力的，最后还是会落回到星系中。这一气体“喷出—落回”的循环被称为“星系喷泉”。但是，有极小一部分星系气体的速度可以达到800千米每秒，甚至2000千米每秒，从此外流成为星系际介质。

恒星小剧场

欢迎进入银河系恒星小剧场，在这里，你将看到一颗类太阳恒星的一生，以及伴随它发生的星际气体运动。

分子云

在银河系中，存在这样一片云。它只占银河系1%的空间，却拥有整个星系50%的质量，它就是致密分子云。低温、高密度的分子云在引力的作用下，向一个或多个中心坍缩。

原恒星

一大片分子云可能被分裂成多个云团，我们把炽热的云团核心称为“原恒星”。原恒星不断吸积周围的气体，质量也在增加。但这种吸积活动不是无限进行的，被吸入的部分物质会在磁场的作用下以“喷流”的形式喷射出来。

主序星

由于存在“喷流”现象，原恒星周围的气体被驱散，吸积速度因此下降，这时包裹在分子云中的中心天体开始显露出来，我们称其为主序前星。直到吸积原料全部耗盡，零龄主序星诞生。至此，这颗主序星（恒星）开始了它百亿年的漫长生活。

红巨星

恒星内部的氢随着热核反应消耗殆尽，恒星核心开始收缩，恒星外层气体受到的引力变小。在之后的数百万年间，该恒星将膨胀为比太阳大一百倍的红巨星。

白矮星

最终，恒星核心坍缩，成为一颗白矮星，体积与地球相当。恒星表面的气体与尘埃将被释放回星系，成为下一代恒星形成的原料。

黑矮星

再过几十亿年，该恒星的核心将完全冷却熄灭。

休息，休息一下

“只工作，不玩耍，聪明孩子也变傻。”星系对这句话的理解非常透彻。不要想着星系会一直沉迷于造星活动，劳逸结合才是正确做法。天文学家发现，银河系在早期吸入了大量冷气体，勤勤恳恳地形成了第一代恒星。大约在70亿年前，冷气体停止流入银河系，恒星制造工作暂停。在享受了约20亿年的假期后，银河系重新开始吸入气体，包括太阳在内的第二代恒星逐步形成。